L’ARTICOLO SU EXPERIMENTAL ASTRONOMY

Con Ariel all’origine delle proprietà dei pianeti

Uno studio guidato da Diego Turrini dell’Istituto nazionale di astrofisica illustra il ruolo che potranno rivestire le future osservazioni del telescopio spaziale Ariel per comprendere come il processo di formazione planetaria e l’interazione tra i pianeti giovani e l’ambiente circostante possa plasmare le proprietà finali degli esopianeti

     02/11/2021
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La figura mostra il rapporto previsto da modelli teorici tra le abbondanze di carbonio ed azoto (C/N), azoto e ossigeno (N/O) e zolfo e azoto (S/N) per pianeti di tipo gassoso. In questi modelli, i pianeti subiscono una migrazione indotta dall’interazione con il disco protoplanetario fino a diventare dei “gioviani caldi” (giganti gassosi in orbite molto strette). Le linee tratteggiate orizzontali mostrano le abbondanze della stella centrale. Le varie curve nei grafici mostrano invece l’andamento delle abbondanze sia nel caso in cui il pianeta accresca durante la migrazione solo gas che nel caso in cui accresca sia gas che solidi. Il pannello in basso confronta la massa totale accresciuta dal pianeta e quella dovuta solo ai planetesimali. Questi grafici mostrano quindi come la determinazione del rapporto tra le abbondanze chimiche di determinati elementi, possibile con le future osservazioni di Ariel, possa aiutare a studiare il processo di formazione e migrazione dei pianeti. Crediti: D. Turrini et al., Experimental Astronomy, 2021

A oggi il numero di esopianeti confermati (più di 4500) è tale da permettere non solo studi dedicati ai singoli pianeti e ai loro sistemi, ma anche dettagliate analisi di popolazione. Queste sono indispensabili per comprendere il processo di formazione planetaria, l’evoluzione dei pianeti, la composizione chimica e le proprietà fisiche delle atmosfere esoplanetarie, e come tutto questo venga influenzato dall’ambiente circostante e dalle proprietà della stella attorno cui orbitano i pianeti. L’analisi chimica delle atmosfere di un ricco campione di esopianeti è l’obiettivo principale di Ariel, missione di classe M4 dell’Agenzia spaziale europea, il cui lancio è previsto nel 2029.

Durante la sua missione, Ariel fornirà osservazioni dettagliate della composizione chimica delle atmosfere di centinaia di esopianeti, principalmente pianeti di tipo gassoso. Questo non solo rivoluzionerà la nostra conoscenza dei singoli pianeti che verranno osservati, ma fornirà per la prima volta importanti misure di abbondanze chimiche per un campione ricco e variegato di esopianeti. In particolare, uno dei gruppi di lavoro composto da astronomi coinvolti nel progetto, e guidato dall’astronomo Diego Turrini dell’Istituto nazionale di astrofisica, si prefigge lo scopo di comprendere come il processo di formazione planetaria e l’interazione tra i pianeti giovani e l’ambiente circostante possa plasmare le proprietà finali dei pianeti. L’importanza dell’ambiente e dei processi di migrazione nello scolpire le proprietà dei pianeti, e il ruolo che le osservazioni di Ariel avranno per lo studio di questi processi, sono descritti in un articolo di Turrini e colleghi pubblicato il 15 ottobre su Experimental Astronomy.

«La composizione planetaria», spiega Turrini a Media Inaf, «è da sempre uno degli strumenti di indagine più potenti che abbiamo per scrutare il passato dei pianeti e svelare il mistero di come sono nati. Per sfruttare in modo efficace questo strumento, però, è fondamentale guardare ogni pianeta nel contesto dell’ambiente in cui è nato ed evoluto e tenere conto di tutti i fattori che possano averne influenzato il cammino che lo ha portato a diventare come lo vediamo oggi. L’aspetto chiave del nostro studio è proprio questo: identificare i fattori ambientali che plasmano i pianeti e le firme che lasciano nelle loro caratteristiche compositive e orbitali, a partire da come l’ambiente galattico influenzi la formazione stellare a come quest’ultima dipinga lo scenario in cui avviene la formazione planetaria, per arrivare infine a come l’evoluzione secolare dei sistemi planetari possa alternarne o cancellarne le caratteristiche originarie».

Diego Turrini, ricercatore all’Inaf di Roma e di Torino

I pianeti, infatti, si formano in dischi di gas e polveri chiamati dischi protoplanetari, osservati attorno stelle molto giovani, e la cui evoluzione e proprietà chimiche possono essere influenzate dall’ambiente stellare in cui si trovano. Inoltre, le proprietà chimico-fisiche dei dischi cambiano drasticamente con la distanza dalla stella centrale. Questo è particolarmente importante in quanto, durante le prime fasi evolutive dei sistemi esoplanetari, sono comuni fenomeni di migrazione dei pianeti in orbite diverse. Durante queste migrazioni, i pianeti possono accrescere materiale dal disco e altri planetesimali (oggetti rocciosi che costituiscono gli embrioni della formazione planetaria) con composizione chimiche e proprietà fisiche diverse, e questo può influenzare le proprietà finali dei pianeti e delle loro atmosfere. Infine, anche la stella centrale può giocare un ruolo importante nel determinare l’evoluzione dei dischi protoplanetari e dei pianeti, soprattutto quelli in orbite strette, a causa dei fenomeni di natura magnetica che comportano l’emissione di radiazione energetica (raggi X e Uv) e particelle cariche.

«Comprendere il ruolo di questi fattori è criticamente importante sia per selezionare in modo ottimale il campione osservativo di Ariel che per interpretare correttamente i dati che la missione fornirà. In questa sfida l’Inaf svolge un ruolo di primo piano grazie al suo mix unicamente interdisciplinare di competenze, che ha reso possibile una analisi a così ampio spettro del complesso legame tra formazione stellare e planetaria», conclude Turrini.

Per saperne di più:

  • Leggi su Experimental Astronomy l’articolo “Exploring the link between star and planet formation with Ariel”, di Diego Turrini, Claudio Codella, Camilla Danielski, Davide Fedele, Sergio Fonte, Antonio Garufi, Mario Giuseppe Guarcello, Ravit Helled, Masahiro Ikoma, Mihkel Kama, Tadahiro Kimura, J. M. Diederik Kruijssen, Jesus Maldonado, Yamila Miguel, Sergio Molinari, Athanasia Nikolaou, Fabrizio Oliva, Olja Panic, Marco Pignatari, Linda Podio, Hans Rickman, Eugenio Schisano, Sho Shibata, Allona Vazan e Paulina Wolkenberg